太阳能控制器工作原理--光伏发电技术实验二docx

  太阳能控制器工作原理实验 一、实验目的 1）了解太阳能充电控制器的工作原理； 2）认识太阳能电池板是如何给蓄电池充电； 3）掌握太阳能充电控制器的工作模式； 二、实验仪器1、太阳能电池板2、光源 3、 HBSC5I太阳能充电控制器 4、蓄电池 5、电压表 6、电流表 7、连接线、 LED灯 三、实验原理 太阳能控制器的作用是控制总系统的工作状态，并对蓄电池起到过充电保护、过放电保护的作用。在温差较大的地方，合格的控制器还应具备温度补偿的功能。 太阳能控制器原理 + A - M 电压采集 C PWM 驱动 光电池 U + 电 温 A 输出 脑 - 度 主 PWM 驱动 传 控 感 器 器 示波端 Q 1 Q 2 V 输出控制 蓄电池 图 3 太阳能工作原理图 主要是通过 MCU电脑主控器来对整个充电控制器来来控制。它可以实时的监测光电 池电压和蓄电池电压，以及工作环境的温度。然后再发出 MOSFET功率开关管的 PWM驱动信号，对开关管的通断实施控制。 它能轻松实现防止过充、 过放、短路过载保护、 反接保护、 雷电保护以及温度补偿功能。 太阳能充电控制器使用说明 充电及超压指示：当系统连接正常，且有阳光照射到光电池板时，充电指示灯为绿色 常亮，表示系统充电电路正常；当充电指示灯出现绿色闪烁时，说明系统过电压，蓄电池 开路，检查蓄电池是否连接可靠，或充电电路损坏。充电过程使用了 PWM方式，如果发生过放动作，充电先要达到提升充电电压并保持 10 分钟，而后降到直充电压保持 10 分钟，以激活蓄电池，避免硫化结晶，最后降到浮充电压。如果没发生过放，将不会有提升充 电方式，以防止蓄电池失水。这些自动控制过程将使蓄电池达到最佳充电效果并保证或延长其常规使用的寿命。 蓄电池状态指示：蓄电池电压在正常范围时，状态指示灯为绿色常亮；充满后状态指示灯为绿色慢闪；当电池电压降到欠压时状态指示灯变为橙黄色；当蓄电池电压继续降低到过放电压时，状态指示灯变为红色，此时控制器将直接关闭输出，提醒用户及时补充电能。当电池电压恢复到正常工作范围内时，将自动使输出开通，状态指示灯变为绿色。 负载指示：当负载开通时，负载指示灯常亮。如果负载电流大于了控制器 1.25 倍的 额定电流 60 秒时，或负载电流大于控制器 1.5 倍的额定电流 5 秒时，指示灯为红色慢闪， 表示过载， 控制器将关闭输出。 当负载或负载侧出现短路故障时， 控制器将立即关闭输出， 指示灯快闪。出现上诉现象时，用户应当仔细检查负载连接情况，断开有故障的负载后， 按一次按键， 30 秒后回复正常工作，或到第二天能够顺利工作。 各种功能的实现 1）防止过充：当开始充电时或者充电过程中，MCU电脑主控芯片根据蓄电池的电压 和充电电流调整充电电压，当充电电流比较小，蓄电池电压达到 13.2V 时，充电电压降至 13.2V 形成一种动态的平衡，使充电无法接着来进行。 2）防止过放：当蓄电池电压降到11.1V 时，输出保护及功率驱动输出电压为0，使 Q2停止工作，从而断开输出。 3）过放提升充电： MCU电脑主控芯片检测到蓄电池有过放，PWM功率驱动元件给 Q1 的驱动信号的占空比增大，使充电电压提升到14.6V （ 25° C 时）。 4）短路保护或者过载保护：当MCU电脑主控芯片检测到电流传感器过流信号，输 出保护及功率保护驱动立即输一个0V 电压，停止 Q2工作，以此保护线）反接保护：在太阳能电池中都加入二极管，本产品在太阳能电池和蓄电输出电路的正极串联两个 IN4001 ，以此来保护电路不受损坏。 （ 6）雷电保护：在太阳能电池电路中并联一个瞬态抑制二极管（ TVS）P6KE62CA保护 器件。 （ 7）温度补偿：在电路中串联一个温度传感器 T1，以此来调节充电电压。 工作模式设置 设置方法：按下开关设置按钮持续 5 秒，模式（ MODE）显示数字 LED闪烁，松开按钮， 每按一次转换一个数字，直到 LED显示的数字对上用户从表中所选用的模式对应的数字即 停止按键，等 LED 数字不闪烁即完成设置。每按一次按钮， LED数字点亮，可观察到设置 的数值。 纯光控“ 0”模式：当没有阳光时，光强降到启动点，控制器延时 10 分钟确认启动信 号后，开通负载，负载开始工作；当没有阳光时，光强降到启动点，控制器延时 10 分钟 确认关闭输出信号后关闭输出，负载停止工作。 光控 +延时方式（“ 1” - “9”，“ 0. ” - “ 5. ”）：启动过程同前。当负载工作到设定的时 间就关闭负载，时间设置见下表。光控优先。 （即在输出负载的过程中，如过检测到光信 号，则延时 10min 关闭负载输出） 通用控制方式“ 6. ”：此方式仅取消光控、时控功能、输出延时和相关的功能，保 留其他所有功能，作为一般的通用控制器使用。 调试方式“ 7. ”：用于系统调试使用，与纯光控模式相同，只取消了判断光信号控制 输出的 10min 延时，保留其他所有功能。有光信号即接通负载，无光信号即关闭负载，方 便安装调试时检查系统安装的正确性。 HBSC5I 太阳能充电控制器模式调节表 模式 光控 光控 +1 小时关 光控 +2 小时关 光控 +3 小时关 光控 +4 小时关 光控 +5 小时关  LED数码 0 1 2 3 4 5  模式 光控 +6 小时关 光控 +7 小时关 光控 +8 小时关 光控 +9 小时关 光控 +10 小时关 光控 +11 小时关  LED数码 6 7 8 9 0. 1.  模式 光控 +12 小时关 光控 +13 小时关 光控 +14 小时关 光控 +15 小时关 通用控制模式 调试模式  LED数码 2. 3. 4. 5. 6. 7. 四、预习要求 （ 1）提前阅读试验原理部分，了解控制器的工作方式； （ 2）熟悉功率开关管 MOSFET的工作方式和工作条件； （ 3）适当的了解单片机（ MCU）的工作方式； 五、实验步骤 1、检查实验台，确认所有的开关是断开的，所有连线、取出三对连接线，三根根红线和三根黑线。把用作直流负载的  LED 灯的电源引入 插孔和充电控制器下面代表负载输出的红黑插孔连接上。然后把测量负载电压的插孔和试 验台上面的任意一个直流电压表连接起来。最后把测量负载电流用的插孔和试验台上面的任意一个直流电流表相连。 3、打开充电控制器下方中间的开关（蓄电池的开关） 。此时能够正常的看到充电控制器中间 的绿灯亮，代表蓄电池的电源接入。同时 LED数码管亮，上面显示的是控制器的初始控制 模式。按住模式（ MODE）调节按钮 5 秒钟，等数字闪烁时再开始按调节按钮，直到 LED数 码管显示想要的模式就停下。这里以模式 “ 7. ”为例。 4、接入电源，确认电源信号灯已亮。这里接入的是  220V 的交流电源，用来给光源以 及电流表和电压表供电。 5、这时可以看见控制器上代表输出的负载灯已经发亮，代表慢慢的开始输出负载电压。这时可以看见负载用的 LED灯发亮，同时连入的电压表、电流表都有数值显示，这代表了输出电压和电流。 6、把光源调整好角度，使光源的白炽灯泡正对电池板，而且要保持适当的距离使灯光能覆盖到电池板的全部。 7、把光源的电源打开并且把光度调节旋钮调到最大，使光源达到最亮。此时把控制器下面的第一个开关（代表光电池电压输入的开关）打开，此时控制器上代表光电源输入 的灯变亮，同时代表负载输出的灯马上熄灭而且负载 LED灯熄灭，电压表、电流表无数值显示。说明有光电源的输入，没有负载电压的输出。 8、熄灭光源，此时控制器上代表光电源输入的灯熄灭。代表负载输出的灯发亮，而 且负载用 LED灯开始发亮，代表了有负载电压的而输出。这就是模式“ 7. ”的工作方式。 即有光电源就关闭负载输出，没有光电源就打开负载输出。 9 、关掉控制器下面的蓄电池接入开关、光电源接入开关以及 220V 交流电源的总开 关。拔掉所有的连线，把实验装置都复为原位。 六、实验报告 依次选择控制器的“ 7. ”、“ 6. ”和“ 0”模式来做实验，观察它们工作方式上的差别和共同点。填写下表： 模式 0 1 6. 7. 工作方式 不同点 相同点 七、需要注意的几点 1）光源不要太靠近光电池板，这样会使光源不能覆盖到整个电池板从而使光电池的发电不充分，使测得数据与真实的情况有所偏差；尽量使光源正对光电池板。 2）在调节控制器的工作模式的时候，最好关闭负载输出开关和光电源输入开关，尽量做到不带电操作。 3）控制器上的任何一个灯开始闪烁时，立即关上它下方的三个控制开关，检查相应的环节是否连错，检查完毕后再开始继续实验。 3）在本次试验中，不用打开电压表和电流表旁边的控制开关。若打开了会影响本次试验。同时试验台左下方控制光电池输出的开关也必须是关闭的，因为串入了电流表， 已经使电路导通，若打开此开关，则会起到分流的作用，从而使电流表的读值要小于实际值。

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